【正文】 采用的是電壓型逆變器 故采用的 SPWM 調(diào)制方法是電壓 SPWM。產(chǎn)生原理是采用一組等腰三角波信號（載波）與正弦波信號（調(diào)制波）通過比較器進行比較，其交點作為晶閘管的導(dǎo) 通和關(guān)斷時刻，當調(diào)制波（正弦波）大于載波（三角波）時，逆變橋的晶閘管導(dǎo)通，反之，則關(guān)斷，逆變器就產(chǎn)生一組等幅不等寬的脈沖序列。為此三相 SPWM最基本的設(shè)計原則之一就是，用于產(chǎn)生三相 SPWM 脈沖的三個正弦調(diào)制信號，即圖 中的 U相調(diào)制波、 V 相調(diào)制波、 W 相調(diào)制波。由于后者的實現(xiàn)和控 制更為簡單，因此絕大多數(shù) 三相 逆變器都采用這種方法。圖 中線電壓 UV 即 U 相與 V 相之間的線電壓的波形。同步調(diào)制是指調(diào)制波和載波的比值等于常數(shù)，在調(diào)節(jié)調(diào)制波頻率的同時調(diào)節(jié)載波頻率，此方法雖然使得逆變器輸出的三相波形在正、負半波上有嚴格的對稱，但是在低頻控制時，會出現(xiàn) SPWM 的脈沖太少，從而加大了諧波分量，不適合低頻控制；異步調(diào)制法是指載波頻率固定不變，只改變調(diào) 制波的頻率進行調(diào)制，它雖然解決了同步調(diào)制在低頻時所產(chǎn)生的諧波分量較大的缺陷，但由于它造成了輸出三相波在正負半波的不對稱，從而會加大電機運行的不平穩(wěn)性。 SVPWM 的基本原理 SVPWM 的基本原理可以從交流電機電壓空間矢量、磁鏈空間矢量以及電流空間矢量的概念 出發(fā)進行推導(dǎo)和分析。 由于定子電阻一般較小，除非供電頻率很低，定子電阻壓降在定子電壓中所占有的比例往往很小，在大多數(shù)情況下都可以忽略。定子磁鏈空間矢量 s? 的運動方向始終與定子電壓空間矢量 SU 的方向相同。如用 AS , BS , CS 分別表示逆變器的三個橋臂的狀態(tài)，并規(guī)定當上橋臂開關(guān)器件導(dǎo)通而下橋臂開關(guān)器件截止時橋臂狀態(tài)為 1。其余的兩個矢量 7U 和 0U 的幅值都為 0，稱為零電壓矢量空間，簡稱為零矢量。 如果在某個時間間隔 t? 內(nèi)，逆變器的輸出電壓空間矢量恒定為 )7~0( ?xUx ，根據(jù)式（ ），交流電機定子磁鏈空間矢量 s? 的運動規(guī)律可表達為 0sxs tU ?? ??? （ ） 在 t? 內(nèi)，如果 0?xU ， s? 將沿著與 xU 相同的方向勻速運動，且運動的速率與 dx UU 32?成正比；如果 0?xU，則 s? 停止運行。 圖 將 xU 在 1U 和 2U 兩個方向上進行矢量分解，就可以得到 xU 的兩個分矢量，分別標注為1xU 和 2xU 通過簡單的推導(dǎo)可得 ?????????????s in32)6c o s (3221XXXXUUUU （ ） 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 19 如果調(diào)制深度 M定義為 2/d XUUM ? （ ） 那么 式（ ） 又可以寫為 ?????????????s in32)6c o s (3221MUUMUUdXdX （ ） 前面已經(jīng)講到， dU32 實際上就是逆變器 6 個非零矢量的幅值，也就是 1U 和 2U 的幅值，因此 式（ ） 又可以寫成 ???????????s in)6c o s (2211MUUUMUUUdXdX （ ） 將 t? 按照式 （ ） 的計算結(jié)果分為 1t ， 2t ， 0t 共三部分，即 ????????????????????????210222111s i n)6c o s (tttttMtUUttMtUUtXX??? （ ） 如果 xU 作用的時間 t? 本身很小，那么在該時間段內(nèi)， xU 總的作用效果就可以用 1U 和2U 和零矢量 0U 分時作用效果之和來近似等效，即有 00221121( tUtUtUtUUtU XXX ??????? （ ） 可見，通過控制逆變器輸出矢量 1U 和 2U 以及零矢量作用時間之比例，就可以在一個相對較小的時間間隔內(nèi)，近似等效和成所需要的輸出矢量 xU 。 表 XU 所在的扇區(qū) SVPWM 的 7段工作模式 1 0U , 1U , 2U , 7U , 2U , 1U , 0U 2 0U , 3U , 2U , 7U , 2U , 3U , 0U 3 0U , 3U , 4U , 7U , 4U , 3U , 0U 4 0U , 5U , 4U , 7U , 4U , 5U , 0U 5 0U , 5U , 6U , 7U , 6U , 5U , 0U 6 0U , 1U , 6U , 7U , 6U , 1U , 0U 其特點如下。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如 C、 Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。隨著 MATLAB 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級， MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows 的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（ M 文件）后再一起運行。 3）強大的科學(xué)計算機數(shù)據(jù)處理能力 ： MATLAB 是一個包含大量計算算法的集合。在計算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會大大減少。高 層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖。另外新版本的 MATLAB 還著重在圖形用戶界面 （ GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。 6）實用的程序接口和發(fā)布平臺 ： 新版本的 MATLAB可以利用 MATLAB編譯器和 C/C++數(shù)學(xué)庫和圖形庫，將自己的 MATLAB 程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于 MATLAB 運行的 C和 C++代碼。工具箱是 MATLAB 函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。 （ a） (b) 圖 符號 及參數(shù)設(shè)置對話框 （ 2） Current Measurement；電流測量，其是測量電路中流經(jīng)某個器件的電流值，其符號如 圖 。分別代表一個橋臂、兩個橋臂、三個橋臂，各自包含 2 個開關(guān)器件、 4 個開關(guān)器件、 6 個開關(guān)器件。選擇橋臂中所使用的電力電子器件，可以選擇二極管、晶閘管、 GTO/Diodes、 MOSFET/Diodes、 IGBT/Diodes、理想開關(guān)。 （ a） 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 27 （ b） 圖 RLC串聯(lián)負載 符號及 參數(shù)對話框 參數(shù)設(shè)置 如下所述。 1） Discretize electrical model：離散化電氣模型，如果選擇此項，電力系統(tǒng)模塊將在離散化的模型下進行仿真分析和計算，其采樣時間由采樣時間（ Sample time）參數(shù)項給定。 Structure（結(jié)構(gòu)）：列出呈現(xiàn)在工作空間的時間結(jié)構(gòu)變量（是由示波器模塊設(shè)定置） Input（輸入）：選擇“ Structure”參數(shù)選項中被選為時間結(jié)構(gòu)變量，作為輸入信號。 Fundamental frequency（基波頻率）：指定 FFT 分析的基波頻率 Max Frequency（最大頻率）：指定 FFT 分析 的最大頻率 Frequency Axis（頻率坐標軸）：當選擇“赫茲（ Hz）”選項時，則表示以 Hz來顯示 FFT 分析結(jié)果；當選擇“諧波次序（ Harmonic order）”選項時，則表示以相對于基波頻率的諧波次序來顯示 FFT，分析結(jié)果 Display style（顯示類型）：選擇“ bar（ relative to Fund。 or DC）”選項時，將使 FFT 分析結(jié)果，被顯示為相對于基波頻率量或者直流量而言的脈沖序列。 （ a） 圖 離散 PWM發(fā)生器 符號 及參數(shù)設(shè)置對話框 （ b） 圖 離散 PWM發(fā)生器 符號 及參數(shù)設(shè)置對話框 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 31 其參數(shù)設(shè)置如下所示 1） Generator Mode：發(fā)生器模式， 2） Carrier frequency： SPWM 的三角載波頻率，單位為 Hz 3） Internal generation of modulating singnal：是否選用內(nèi)部調(diào)制信號，如果不選中，則門極信號端口需接外部的控制信號，外接信號數(shù)目應(yīng)該和變流器的開關(guān)數(shù)目相對應(yīng)，幾個驅(qū)動信號組成一個向量接入變流器；如果選中該項，則在該對話框中自定義調(diào)制波的幅度和頻率，即需要對以下參數(shù)進行設(shè)置； Modulation index（ 0M1）：調(diào)制度，即調(diào)制波基波的最大值。分別輸入電壓空間矢量的 ?? 軸分量或其幅值、角度。 2） Chopping frequency：開關(guān)頻率 3） Output voltage【 Mag（ 0,M1） phase（ deg） freq（ Hz）】：調(diào)制深度、相位、基波頻率 （ 10） Scope：示波器，其作用是測量器件輸出電壓、電流的波形，示意圖如圖 （ a）所示，波形觀測窗口如圖 （ b）所示，參數(shù)設(shè)置窗口如圖 （ a） （ b） 圖 示波器示意圖及波形觀測窗口 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 33 圖 具體參數(shù)設(shè)置如下所述： 點擊示波器的波形觀測窗口，打開 parameters，改變 number of axes 的數(shù)值就可改變示波器的觀測對象 基于 SPWM的逆變器仿真 SPWM 控制信號由“ Discrete PWM Generator”產(chǎn)生，三相負載的有功為 1KW，感性無功為 500Var，額定電壓為 413V，額定功率為 50HZ，直流電源的幅值為 530V。 電壓空間矢量 SVPWM SVPWM 控制信號由“ Discrete SV PWM Generator“模塊生產(chǎn)。將仿真時間設(shè)為 ，在 powergui 中設(shè)置為離散仿真模式采樣時間為 ，運行后得仿真結(jié)果， 相電流如圖 （ a）所示， A 相電壓、 A 相電流、 AB 間線電壓和直流電流波形如圖 （ b）所示。其仿真圖如圖 所示。 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 34 （ a） 圖 相電壓、 A相電壓、 B相電流、 AB間 線電壓和直流電流 （ b） 圖 相電壓、 A相電壓、 B相電流、 AB間 線電壓和直流電流 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 35 打開 powergui 中的 FFT 分析欄，對波形進行 FFT 分析，分析其諧波含量， FFT 分析結(jié)果如圖 所示。此外的調(diào)制深度仍然在 0和 1之間。因為 DiscretePWM Generator的三角載 波幅值為 1 Frequency of output volatage： 調(diào)制波基波頻率 Phase of output voltage： 調(diào)制波基波相位 ， 單位為度 （ 9） Discrete SV PWMGenerator： 離散希沃特的 PWM 發(fā)生器 ，在仿真中的作用是產(chǎn)生 SVPWM 方式的控制脈沖觸發(fā)通用橋式的門極，其圖標集參數(shù)設(shè)置對話框圖 （ a）、（ b）所示。 1 Base value（基準值）：指定所有顯示諧波的基準頻率值 1 Disply（顯示）：顯示所選測量量的快速傅里葉分析結(jié)果 （ 8） DiscretePWM Generator： 離散 PWM發(fā)生器，是為 GTO、 IGBT等自關(guān)斷器件提供門極驅(qū)動 PWM信號。當選擇“ bar（ relative to specified base）”選項時，將使 FFT 分 析結(jié)果被顯示為相對于某特定的基準頻率的條線圖；該選項中的特定基準頻率，是由“基準值（ Base value）”參數(shù)選項來決定的。 Signal Number（信號編號）：指定“輸入（ Input）”參數(shù)選項中被選為輸入信號的編號。設(shè)定“采樣時間”參數(shù)為宜個比 0 大的值。 2） Nominal phasetophase voltage Vn（ Vrms）：額定電壓，設(shè)為 413V 3） Nominal frequency fn（ Hz）：額定頻率，設(shè)為 50Hz 4） Active power P（ W）：有功功率，設(shè)為 1000W 5） Inductive reactive power QL（ positive var）：感性無功，設(shè)為 100Var 6） Inductive reactive powe QC（ nega